RECUADRO 14-2 
AVANCES: Regulación molecular de la migración celular entre tejidos y dentro de los mismos
Las moléculas que controlan el movimiento de los participantes celulares dentro de tejidos inmunitarios y entre los mismos aún se están investigando activamente, pero está claro que incluyen varias familias de receptor/ligando importantes: selectinas e integrinas (denominadas en conjunto moléculas de adhesión celular [cam]), y quimiocinas y receptores de quimiocina. Estas moléculas regulan tanto la extravasación, el tránsito de células desde la sangre hacia tejidos, como el tráfico dentro de tejidos.
Moléculas de adhesión celular: selectinas, mucinas, integrinas y proteínas de la superfamilia de la ig Las moléculas de adhesión celular (cam) son moléculas versátiles que desempeñan un papel en todas las interacciones entre una célula y otra, tanto entre células que son sésiles dentro de órganos, como entre las altamente móviles células inmunitarias y los tejidos hacia los cuales, y desde los cuales, viajan. En el sistema inmunitario, las cam están involucradas en la ayuda a leucocitos a adherirse al endotelio vascular antes de extravasación. También aumentan la fuerza de las interacciones funcionales entre células del sistema inmunitario, incluso células TH y apc, células TH y B, y ctl y sus células blanco.
Se han clonado y caracterizado varias cam endoteliales y de leucocitos, lo cual ha proporcionado nuevos detalles acerca del proceso de extravasación. Casi todas estas cam pertenecen a cuatro familias de proteínas: la familia de la selectina, la familia tipo mucina, la familia de la integrina y la superfamilia de la inmunoglobulina (Ig) (figura 1).
Selectinas y proteínas tipo mucina La familia selectina de glucoproteínas de membrana tiene un dominio tipo lectina extracelular que permite a estas moléculas unirse a grupos carbohidrato específicos que se encuentran en proteínas tipo mucina glucosiladas. La familia de la selectina incluye tres moléculas: L-, E- y P-selectinas, también llamadas CD62L, CD62E y CD62P. Casi todos los leucocitos circulantes expresan L-selectina (CD62L). Por otro lado, la E-selectina y la P-selectina son expresadas sobre células endoteliales vasculares durante una respuesta inflamatoria. La P-selectina es almacenada dentro de cuerpos de Weibel-Palade, un tipo de gránulo dentro de la célula endotelial. En el momento de la activación de la célula endotelial, el gránulo se fusiona con la membrana plasmática, lo cual da lugar a la expresión de P-selectina sobre la superficie celular. La expresión de E-selectina requiere la síntesis de nuevas proteínas, y ocurre después de que el endotelio ha sido estimulado con citocinas proinflamatorias. Las moléculas de selectina se encargan de la adherencia inicial de leucocitos al endotelio vascular.
Las proteínas tipo mucina son un grupo de proteínas ricas en serina y treonina muy glucosiladas que se unen a selectinas. Las que son importantes para el sistema inmunitario comprenden CD34 y GlyCAM-1, que se encuentran sobre hev en ganglios linfáticos periféricos, y MadCAM-1, que se encuentra en células endoteliales en el intestino.
Las selectinas se unen a porciones carbohidrato sulfatadas, incluso la “cubierta” de carbohidrato sialil-LewisX que se encuentran sobre estas moléculas. La L-selectina (CD62L) expresada sobre linfocitos vírgenes interactúa de manera específica con residuos de carbohidrato denominados en general adresina de ganglio (node) periférico (PNAd), que se encuentra asociada con múltiples moléculas (p. ej., CD34, GlyCAM-1 y MacCAM-1) sobre células endoteliales. Por otro lado, la E-selectina y la P-selectina, que son expresadas sobre endotelio inflamado, interactúan con porciones carbohidrato sobre ligando de glucoproteína de P-selectina-1 (PSGL-1 o CD162), que se encuentra sobre todos los leucocitos. Las interacciones con selectina son cruciales para el primer paso de la extravasación: el rodamiento de leucocitos.
Integrinas Las integrinas son proteínas heterodiméricas que constan de una cadena α y una cadena β que están asociadas de manera no covalente en la superficie celular. Casi todas las integrinas se unen a moléculas de la matriz extracelular, y participan en interacciones entre célula y la matriz extracelular en todo el organismo. Algunas subfamilias se unen a moléculas de adhesión de superficie celular, y están involucradas en interacciones entre una célula y otra. Los leucocitos expresan varias integrinas que también son expresadas sobre otros tipos de células, pero también expresan una superfamilia específica de integrinas conocidas como las β2-integrinas (o CD18-integrinas), que se unen a miembros de la superfamilia de la Ig, así como proteínas asociadas con la respuesta inflamatoria: moléculas de adhesión celular de la superfamilia de la Ig (icam). Las β2-integrinas interactúan con múltiples cadenas α también conocidas como CD11. El antígeno asociado a función de l infocito-1 (LFA-1 o CD11a/CD18) es una de las integrinas mejor caracterizadas, y regula muchas interacciones entre células inmunitarias, entre ellas encuentros de célula T virgen/apc. En un inicio se une débilmente a ICAM-1, pero una señal proveniente del receptor de célula T alterará su conformación y dará lugar a unión más fuerte (figura 1). Esa emisión de señales desde dentro hacia afuera es una característica importante de múltiples integrinas, y permite que las células sondeen otras superficies celulares antes de hacer un compromiso para una interacción. Las integrinas β7 (p. ej., CD103 [αEβ7] y α4β7) también son expresadas por leucocitos, incluso linfocitos intraepiteliales y células T reguladoras. Éstas pueden interactuar con icam y cadherinas, que son expresadas por múltiples células epiteliales. Las interacciones CD103/E-cadherina (CD324) quizá sean importantes para la localización de subpoblaciones de linfocitos en los tejidos del intestino (y en otros tejidos de mucosas).
La combinación de integrinas expresadas sobre un tipo de célula dado permite que estas células se unan a diferentes cam expresadas sobre la superficie del endotelio vascular (y de otras células epiteliales). La agrupación de integrinas sobre la superficie celular también aumenta la probabilidad de unión eficaz, y desempeña ciertas funciones en la migración de leucocitos. La importancia de moléculas de integrina en la extravasación de leucocitos es demostrada por la deficiencia de adhesión de leucocitos (lad) tipo 1, una enfermedad autosómica recesiva causada por una mutación en CD18 y caracterizada por infecciones bacterianas recurrentes y cicatrización alterada de heridas. Se observa una deficiencia similar en individuos con excreción alterada de selectinas, y se ha acuñado el término lad tipo 2.
cam de la superfamilia de la Ig Las cam de la superfamilia de la Ig (icam), que pueden actuar como ligandos para β2-integrinas, contienen un número variable de dominios tipo inmunoglobulina y, así, se clasifican como miembros de la superfamilia de la inmunoglobulina. Este grupo incluye ICAM-1 (CD54), ICAM-2 (CD102), ICAM-3 (CD50) y VCAM-1 (CD106), que son expresadas sobre células endoteliales vasculares y se unen a diversas moléculas de integrina.
Las icam también pueden mostrar unión homotípica —la unión de una icam “a sí misma”—, por ejemplo, las moléculas de PECAM-1 en una célula pueden unirse a moléculas de PECAM-1 en otra célula. La molécula de adhesión celular de unión-1 (JAM-1, CD321), que también está situada dentro del complejo de unión endotelial, puede interactuar con otra molécula de JAM-1 (así como con CD11a/CD18 [LFA-1]) para desempeñar un papel en la migración transendotelial. La adhesión homotípica entre miembros de la superfamilia de la Ig también puede encontrarse entre otros tipos de células, incluso células neurales.
Una interesante molécula de adhesión celular llamada MadCAM-1 tiene dominios tanto tipo Ig como tipo mucina. Esta molécula es expresada sobre el endotelio de mucosa y dirige la entrada de linfocitos hacia la mucosa. Se une a integrina α4β7 (lpam) por medio de su dominio tipo inmunoglobulina, y a L-selectina (CD62L) mediante su dominio tipo mucina. La molécula de adhesión de células endoteliales-plaquetas-1 (PECAM-1, CD31) se encuentra sobre la superficie de leucocitos (neutrófilos, monocitos y un subgrupo de linfocitos T), y dentro del complejo de unión de células endoteliales.
Quimiocinas y receptores de quimiocina Las quimiocinas, la otra superfamilia de proteínas que desempeñan un papel importante en la regulación del tráfico de células inmunitarias, son polipéptidos pequeños, casi todos los cuales contienen 90 a 130 residuos de aminoácido (en el apéndice III se presenta la lista completa). Ayudan a localizar células circulantes a sitios de inflamación, a tejido linfoide primario y secundario, y a microambientes específicos dentro de ese tejido. Lo hacen no sólo al ejercer una influencia quimiotáctica, sino también al controlar la adhesión y activación de múltiples tipos de poblaciones y subpoblaciones de leucocitos. En consecuencia, son reguladores importantes del tráfico de leucocitos. Algunas quimiocinas están involucradas principalmente en procesos inflamatorios; otras son expresadas de manera constitutiva, y desempeñan importantes funciones homeostáticas y vinculadas con el desarrollo. Las quimiocinas “amas de llaves” son producidas en órganos y tejidos linfoides, o en tejidos no linfoides, como la piel, donde dirigen el tráfico normal de linfocitos entre órganos linfoides primarios y secundarios (p. ej., de la médula ósea al bazo, del timo a ganglio linfático, etc.). La linfopoyesis de células B y de células T también es dependiente de expresión de quimiocina apropiada, que regula el lugar de microambiente de células en desarrollo.
Los efectos mediados por quimiocina no se limitan al sistema inmunitario (cuadro 1). Los ratones que carecen de la quimiocina CXCL12 (también llamada SDF-1) o de su receptor, muestran defectos importantes en el desarrollo del cerebro y el corazón. También se ha mostrado que los miembros de la familia de la quimiocina desempeñan papeles reguladores en el desarrollo de vasos sanguíneos (angiogénesis) y la cicatrización de heridas.
Las quimiocinas inflamatorias típicamente son inducidas en respuesta a infección. El contacto con agentes patógenos, o la acción de citocinas proinflamatorias, como TNF-α, regula en dirección ascendente la expresión de citocinas inflamatorias en sitios de inflamación en desarrollo. Las quimiocinas hacen que los leucocitos se muevan hacia varios sitios de tejidos al inducir la adherencia de estas células al endotelio vascular. Después de migrar hacia tejidos, los leucocitos viajan en la dirección de concentraciones localizadas crecientes de quimiocinas, lo que da lugar al reclutamiento dirigido de poblaciones de fagocitos y de linfocitos efectores hacia sitios de inflamación. El montaje de leucocitos en sitios de infección, dirigido por quimiocinas, es parte esencial del montaje de una respuesta a infección apropiadamente enfocada.
La familia de las quimiocinas consta de más de 40 miembros; contribuyen a variación adicional las vías de empalme alterno de rna durante la transcripción, el procesamiento postranscripcional e isoformas (apéndice III). Las quimiocinas poseen cuatro residuos de cisteína conservados y con base en la posición de dos de los cuatro residuos de cisteína invariantes, casi todas caen dentro de uno de dos subgrupos distintivos (figura 4-17):
Quimiocinas del subgrupo cc, en las cuales las cisteínas conservadas son contiguas
Quimiocinas del subgrupo cxc, en las cuales las cisteínas conservadas están separadas por algún otro aminoácido (X)
Las excepciones son CX3CL1, que tiene tres aminoácidos entre las cisteínas conservadas, y XCL1 y XCL2, que carecen de dos de las cuatro cisteínas conservadas.
La acción de quimiocina está mediada por receptores cuyas cadenas polipeptídicas cruzan siete veces la membrana. Los receptores son miembros de la familia de receptores enlazados a proteína G, y se agrupan de acuerdo con el tipo de quimiocinas a las cuales se unen. Los receptores de cc (ccr) reconocen quimiocinas cc, y los receptores de cxc (cxcr) reconocen quimiocinas cxc. Al igual que con las citocinas, la interacción entre quimiocinas y sus receptores es tanto fuerte (Kd > 10–9) como altamente específica. Aun así, casi todos los receptores se unen a más de una quimiocina (apéndice III); por ejemplo, CXCR2 reconoce al menos seis quimiocinas diferentes y muchas quimiocinas pueden unirse a más de un receptor.
Cuando un receptor se une a una quimiocina apropiada, activa proteínas G grandes heterotriméricas, que inician un proceso de transducción de señal que genera segundos mensajeros tan potentes como el amp cíclico (cAMP), IP3, Ca2+ y proteínas G pequeñas activadas. La activación de estas vías de transducción de señal iniciada por quimiocina efectúa cambios notorios. En cuestión de segundos, una quimiocina apropiada puede causar cambios repentinos y extensos de la forma de un leucocito. Las quimiocinas también pueden promover mayor adhesividad a paredes endoteliales al activar integrinas de leucocito (un evento que también depende de las fuerzas de corte generadas por el flujo sanguíneo). Por último, las quimiocinas inducen la generación de radicales de oxígeno microbicidas en fagocitos, y la liberación de contenido granular, incluso proteasas, histamina y proteínas citotóxicas desde granulocitos.
Diferencias de perfiles de expresión de receptor de quimiocina median diferencias en la actividad de leucocitos Las diferencias en los patrones de expresión de receptores de quimiocina por leucocitos, sumadas a la producción de perfiles distintivos de quimiocinas por tejidos y sitios destino, proporcionan ricas oportunidades para la regulación diferencial de las actividades y los movimientos de diferentes poblaciones de leucocitos. Entre las principales poblaciones de leucocitos de humano, los neutrófilos expresan CXCR1, CXCR2 y CXCR4; los eosinófilos expresan CCR1 y CCR3. Las células B en reposo expresan CCR5, y las células B activadas regularán en dirección ascendente de manera transitoria CCR7 (véase más adelante). Si bien las células T vírgenes en reposo despliegan CCR7, CCR7 no está presente sobre células T activadas, que pueden expresar CCR1, CCR4, CCR5, CCR8, CXCR3 y otras. De hecho, subgrupos efectores de células T (TH1, TH2, TH17, TREG) pueden distinguirse no sólo por patrones de la producción de citocina, sino también por patrones de la expresión de receptor de quimiocina. Las células TH2 y TREG expresan CCR4 y CCR8, y varios otros receptores no expresados por células TH1. Por otro lado, las células TH1 expresan CCR5 y CXCR3, no así casi todas las células TH2. Muchas células TH17 expresan CCR6. El apéndice III incluye una lista más completa de quimiocinas y sus receptores.
Extravasación La extravasación es una característica fundamental del tráfico de células hacia tejido tanto normal como inflamado, y es coordinada por interacciones tanto con molécula de adhesión como con quimiocina. “The Inner Life of the Cell” (disponible gratuitamente en http://multimedia.mcb.harvard.edu/media.html) es una animación sorprendentemente artística y relevante desde el punto de vista científico, que representa las interacciones de superficie y de emisión de señales que rigen los viajes de un leucocito desde el torrente sanguíneo hacia los tejidos circundantes. Sus primeros minutos, en particular, proporcionan una excelente referencia visual a los eventos moleculares que se describen a continuación.
A medida que se desarrolla una respuesta inflamatoria, diversas citocinas y otros mediadores inflamatorios producidos por células de la inmunidad innata actúan sobre los vasos sanguíneos locales, lo cual los activa para que aumenten la expresión de moléculas de adhesión celular, incluso selectinas. Los leucocitos que pasan por este sitio reconocen el endotelio activado y se adhieren con suficiente fuerza de modo que no son barridos por la sangre que está fluyendo. Los leucocitos unidos a continuación se extravasan, y migran entre células endoteliales para tener acceso al tejido subyacente inflamado.
La extravasación de leucocitos a menudo se divide en cuatro pasos: 1) rodamiento, mediado por selectinas; 2) activación por quimiocinas; 3) paro y adhesión, mediados por integrinas que se unen a miembros de la familia de la Ig, y 4) migración transendotelial (figura 2).
Rodamiento En el primer paso de la extravasación, los leucocitos se fijan laxamente al endotelio por medio de una interacción de baja afinidad de selectina-carbohidrato. En una respuesta inflamatoria, citocinas y otros mediadores inflamatorios actúan sobre el endotelio local, e inducen la expresión de moléculas de adhesión de la familia de la selectina. Estas moléculas de E-selectina y P-selectina se unen a diversas moléculas de carbohidrato asociadas a mucina (PLSG-1) sobre la membrana del leucocito (p. ej., un neutrófilo). Estas interacciones fijan el leucocito brevemente a la célula endotelial, pero la fuerza de corte de la sangre circulante pronto desprende la célula. Moléculas de selectina sobre otra célula endotelial fijan de nuevo el leucocito; este proceso se repite de modo que la célula da volteretas extremo sobre extremo a lo largo del endotelio, un tipo de unión llamada rodamiento.
Activación por quimiocina El proceso de rodamiento lentifica la célula durante suficiente tiempo como para permitir interacciones entre quimiocinas presentadas sobre la superficie del endotelio, y receptores sobre el leucocito. Las diversas quimiocinas expresadas sobre el endotelio, y el repertorio de receptores de quimiocina sobre el leucocito, proporcionan cierto grado de especificidad al reclutamiento de leucocitos al sitio de infección. Los eventos de transducción de señal causados por la unión de una quimiocina al receptor de quimiocina sobre la superficie del leucocito dan lugar a cambio de la conformación, y agrupación de integrinas (p. ej., LFA-1) sobre el leucocito. Datos recientes sugieren que este evento también depende de las fuerzas de corte generadas por el flujo sanguíneo.
Paro y adhesión La emisión de señales desde dentro hacia afuera inducida por unión a receptor de quimiocina aumenta la afinidad de integrinas de leucocitos por sus parejas icam sobre el endotelio, lo que disminuye la probabilidad de que sean alejadas por la sangre que está fluyendo.
Transmigración El leucocito a continuación pasa entre dos células endoteliales vecinas sin alterar la integridad de la barrera endotelial. Logra esto por medio de unión homotípica (propio-propio) de moléculas de adhesión de células endotelial-plaqueta-1 (PECAM-1, CD31) expresadas tanto sobre el leucocito como sobre la célula endotelial. La PECAM-1 en circunstancias normales se encuentra dentro de la unión endotelial en una interacción homotípica. Así, cuando la PECAM-1 de leucocitos se une a PECAM-1 endotelial, la integridad de unión se mantiene, pero los participantes difieren. La LFA-1 sobre leucocitos también se une a JAM-1, otra molécula de adhesión ubicada dentro de la unión intercelular hermética (zona de oclusión) endotelial, para mediar egreso desde el torrente sanguíneo. Otras integrinas que se unen a proteínas de la matriz dentro de la membrana basal, y la matriz extracelular, permiten a los leucocitos seguir un gradiente de quimioatrayentes hacia el sitio de infección.
Esta secuencia de eventos se aplica a todos los leucocitos que cruzan desde la sangre hacia tejidos: el rodamiento está mediado por selectinas, y la adhesión de integrina es aumentada por quimiocinas. En el cuadro 1 se muestra una comparación de las moléculas específicas asociadas con extravasación de varios subgrupos de leucocitos.
Tráfico entre tejidos y dentro de tejidos: linfocitos, un estudio de caso Extravasación de linfocitos y vénulas endoteliales altas Los linfocitos vírgenes entran al ganglio linfático por medio de regiones especializadas del endotelio vascular llamadas vénulas endoteliales altas (hev) (figura 14-2). Estas vénulas poscapilares están compuestas de células especializadas con una forma rechoncha, cúbica (“altas”), cuyo aspecto muestra agudo contraste con las células endoteliales aplanadas que revisten el resto del capilar. Cada uno de los órganos linfoides secundarios, con la excepción del bazo, contienen hev.
Los linfocitos vírgenes no muestran una preferencia por un tipo particular de tejido linfoide secundario; en lugar de eso, circulan de manera indiscriminada hacia tejido linfoide secundario en todo el organismo. El desarrollo y el mantenimiento de hev en órganos linfoides están influidos por citocinas producidas en respuesta a captura de antígeno; por ejemplo, no se desarrollan hev en animales criados en un ambiente libre de gérmenes. El papel de la activación antigénica de linfocitos en el mantenimiento de hev se ha demostrado mediante bloqueo quirúrgico de la vasculatura linfática aferente hacia un ganglio, de modo que se bloquea la entrada de antígeno al ganglio. En el transcurso de un periodo breve, las hev muestran función alterada y finalmente se revierten hacia una forma más aplanada.
Las hev expresan diversas cam. Al igual que otras células endoteliales vasculares, las hev expresan cam de la familia de la selectina (E-selectina y P-selectina); la familia tipo mucina (GlyCAM-1 y CD34, que expresan el grupo de ligandos carbohidrato para L-selectina conocidos como PNAd), y la superfamilia de la Ig (ICAM-1, ICAM-2, ICAM-3, VCAM-1 y MAdCAM-1). Algunas moléculas de adhesión que están distribuidas de una manera específica para tejido se han llamado adresinas vasculares (va) porque sirven para dirigir la extravasación de diferentes poblaciones de linfocitos recirculantes hacia órganos linfoides particulares.
Migración de linfocitos dentro de un ganglio linfático Después de que las células migran hacia tejidos, son dirigidas hacia el sitio de infección por indicios generados por el sistema inmunitario innato. Un buen ejemplo de los indicios moleculares que guían las células dentro de tejidos proviene de estudios de tráfico de linfocitos en órganos linfoides secundarios. Las quimiocinas coordinan la compartimentación de subpoblaciones de linfocitos hacia sus zonas respectivas dentro de los ganglios linfáticos, y son organizadas mediante las redes. Las redes de células reticulares fibroblásticas en la zona de células T tienen CCL21 y CCL19, que atraen células T CCR7+ vírgenes hacia la zona de células T. Las redes también tienen IL-7, que aumenta la supervivencia de células T. Las redes de dc foliculares tienen CXCL13, que atrae células B CXCR5+ vírgenes hacia los folículos. Ambas redes también expresan ICAM-1 y VCAM-1, que aumentan la adhesión de células T y B vírgenes, que expresan ligandos LFA-1 y VCAM-4.